(57)【要約】【課題】熱交換効率の高い磁気冷凍作業ベッド用の焼結体を提供する。【解決手段】磁気冷凍作業ベッド用の焼結体１６であって、磁性合金を含み、第１開口部１３ａを有する第１面１６ａと第２開口部１３ｂを有する第２面１６ｂと、第１開口部１３ａと第２開口部１３ｂとを接続する第１マイクロチャンネル１３とを含むマイクロチャンネル構造を有し、第１マイクロチャンネル１３の円換算断面寸法は２０μｍ以上５００μｍ以下の範囲内にある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気冷凍作業ベッド用の焼結体であって、
磁性合金を含み、
複数の第１開口部を有する第１面と複数の第２開口部を有する第２面と、
前記複数の第１開口部と前記複数の第２開口部とを接続する複数の第１マイクロチャンネルとを含むマイクロチャンネル構造を有し、
前記複数の第１マイクロチャンネルの円換算断面寸法は２０μｍ以上５００μｍ以下の範囲内にある焼結体。
【請求項２】
前記複数の第１マイクロチャンネルの体積分率が２０％以上である、請求項１に記載の焼結体。
【請求項３】
前記複数の第１マイクロチャンネルは直管状のマイクロチャンネルを含む、請求項１または２に記載の焼結体。
【請求項４】
前記複数の第１マイクロチャンネルは蛇行管状のマイクロチャンネルを含む、請求項１または２に記載の焼結体。
【請求項５】
前記マイクロチャンネル構造は、前記複数の第１マイクロチャンネルの内の２つを連結する複数の第２マイクロチャンネルをさらに含む、請求項１から４のいずれかに記載の焼結体。
【請求項６】
前記磁性合金は、結晶構造がＮａＺｎ13型でＬａを５原子％以上１０原子％以下、Ｓｉを４．７原子％以上１８原子％以下、Ｆｅを６０原子％以上９０．３原子％以下含有する金属間化合物相を９０体積％以上含む、請求項１から５のいずれかに記載の焼結体。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の焼結体と、
熱媒体のための入り口および出口を備える容器とを有し、
前記焼結体は、前記容器内に、前記複数の第１開口部から前記複数の第２開口部に向けて熱媒体が流れるように配置されている、磁気冷凍作業ベッド。
【請求項８】
請求項１から６のいずれかに記載の焼結体を製造する方法であって、
磁性合金の粉末を用意する工程（ａ）と、
所定の円換算断面寸法を有する複数の有機繊維を用意する工程（ｂ）と、
前記磁性合金の粉末を含む成形体を形成する工程であって、成形体の内部において前記複数の有機繊維が互いに間隔をあけて配置されている成形体を形成する工程（ｃ）と、
前記成形体の内部に配置された前記複数の有機繊維を除去することによって、前記複数の有機繊維が存在した位置に複数のマイクロチャンネルを形成する工程（ｄ）と、
前記工程（ｄ）の後で、前記成形体を焼結する工程（ｅ）と
を包含する、焼結体の製造方法。
【請求項９】
前記複数の有機繊維は５００℃以下の熱分解温度を有し、前記工程（ｄ）は、前記成形体を加熱することによって前記複数の有機繊維を熱分解する工程を包含する、請求項８に記載の焼結体の製造方法。
【請求項１０】
前記工程（ｃ）で形成される前記成形体はバインダをさらに含む、請求項８または９に記載の焼結体の製造方法。
【請求項１１】
前記工程（ｃ）は、前記磁性合金の粉末と前記バインダとを含むコンパウンドを用いて複数のグリーンシートを形成する工程（ｃ１）と、
複数の有機繊維を間に配置しながら前記複数のグリーンシートを積層する工程（ｃ２）と、
前記積層された前記複数のグリーンシートを圧縮することによって、前記複数のグリーンシートが一体化されたグリーンシート積層体を作製する工程（ｃ３）と
を包含する、請求項１０に記載の焼結体の製造方法。
【請求項１２】
前記工程（ｃ３）は、前記積層された前記複数のグリーンシートを加熱し軟化させる工程を包含する、請求項１１に記載の焼結体の製造方法。
【請求項１３】
前記工程（ｄ）において前記複数の有機繊維が除去された後に、前記バインダを除去する工程をさらに包含する、請求項１０から１２のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
【請求項１４】
前記複数の有機繊維は、太さが５０μｍ以上７００μｍ以下である、請求項８から１３のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
【請求項１５】
前記複数の有機繊維は、繊維軸が第１の方向に平行な複数の第１繊維と、繊維軸が前記第１の方向に交差する第２方向に平行な第２繊維とを含み、前記複数の第１繊維は少なくともその端部において前記複数の第２繊維と接続されている、請求項８から１４のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
【請求項１６】
前記複数の有機繊維は、繊維軸が前記第１および第２の方向のいずれとも交差する第３の方向に平行な複数の第３繊維をさらに含み、前記複数の第１繊維は少なくともその端部において前記複数の第３繊維と接続されている、請求項８から１５のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
【請求項１７】
請求項１から６のいずれかに記載の焼結体を製造する方法であって、
磁性合金の粉末を用意する工程（ａ）と、
前記磁性合金の粉末を用いて、それぞれが少なくとも一方の面に複数の溝を有する複数の薄板状焼結体を作製する工程（ｂ）と、
前記複数の薄板状焼結体を互いに積層して加圧することによって拡散接合する工程（ｃ）と
を包含する、焼結体の製造方法。
【請求項１８】
前記工程（ｃ）は、雰囲気圧力１０-2Ｐａ以下の真空中で、加圧力０．５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下で行われる、請求項１７に記載の焼結体の製造方法。
【請求項１９】
前記磁性合金の粉末は、結晶構造がＮａＺｎ13型でＬａを５原子％以上１０原子％以下、Ｓｉを４．７原子％以上１８原子％以下、Ｆｅを６０原子％以上９０．３原子％以下含有する金属間化合物相を９０体積％以上含む、請求項８から１８のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気冷凍作業ベッド用の焼結体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍・冷房技術にはガスの断熱圧縮と膨張に伴う熱の吸脱を繰り返す冷凍サイクルを用いるのが一般的であり、冷凍、冷蔵庫やエアコンに広く使用されている。しかしながら、作業気体（フロンなど）による地球温暖化の問題が顕在化してくるに従い、温暖化ガスの放出を伴わない冷凍・冷房技術の構築が必要とされている。
【０００３】
磁気冷凍サイクルは、理論的には最高の効率が期待できると共に、磁気冷凍作業物質として固体強磁性体を用い、熱媒体（「熱輸送流体」ともいう。）として水などの液体を用いることができるので、温暖化ガスを全く放出しない。
【０００４】
磁気冷凍作業物質として用いられる磁性合金として、Ｇｄ5（Ｓｉ4-xＧｅx）やＭｎＡｓが知られている。これらの磁性合金は、磁気転移が結晶構造相転移を伴うのでヒステリシスが大きく、実用には供されない。結晶構造相転移を伴わない磁性合金として、Ｍｎ（Ａｓ1-xＳｂx）や、有毒な砒素を含有しないＭｎ系磁性合金であるＭｎ1.1Ｆｅ0.9Ｐ1-xＧｅxも最近提案されている（非特許文献１）。また、これらとは別に、環境汚染物質を含有しない磁性合金として、Ｌａ（Ｆｅ1-xＳｉx）13Ｈyが提案されている（特許文献１）。
【０００５】
磁気冷凍装置としては特許文献３に開示されている装置を一例として挙げられる。
【特許文献１】特開２００２−３５６７４８号公報
【特許文献２】特開２００５−１５９１１号公報
【特許文献３】特表２００４―５０６１６８号公報
【非特許文献１】Ｗ．Ｄａｇｕｌａ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｍａｇｎｅｔｉｃ−Ｅｎｔｒｏｐｙ  Ｃｈａｎｇｅ  ｉｎ  Ｍｎ１．１Ｆｅ０．９Ｐ１−ｘＧｅｘ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ，”ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，４１（１０），２７７８−２７８０（２００５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
磁気冷凍技術は既に長年にわたり研究開発が継続されてきた技術であるが、理論値に遥かに及ばない冷凍効率しか得られていない。その原因のひとつが、磁気冷凍作業物質である磁性合金（固体）と熱媒体（液体）との熱交換効率が低いことにある。
【０００７】
磁気冷凍装置は、例えば、熱媒体のための入り口および出口を備える容器に磁性合金の微小な球状粒子を充填したもの（以下「ベッド」という。）を用い、熱交換器とベッドとの間を熱媒体を移動させることによって、磁性合金が生成した熱（例えば冷熱）を、熱交換器を介して外部に取り出す。
【０００８】
しかしながら、ベッド内に球状粒子を緻密に充填すると、ベッド内に形成される空隙の体積のベッドの内容量に対する比率（以下、「空隙率」という）は、３０体積％に及ばない。例えば、単分散の球状粒子を最密充填した場合の空隙率は２６体積％であり、粒子径に分布があると空隙率は低下する。すなわち、熱媒体の流路となる空隙の体積比率が小さいので、磁性合金と熱媒体との接触面積が限られており、十分に熱交換を行うことができない。また、球状粒子の間に形成される空隙は三次元的に複雑な形状を有しているので、流路抵抗が大きい。磁気冷凍装置においては、磁性合金に印加する磁界をオン・オフさせることによって発生する熱を熱媒体を介して熱交換器に移動させる動作を繰り返し行うが、球状粒子を用いると流路抵抗が高いので、磁界のオン・オフのサイクルを１秒間に数回程度でしかできない。
【０００９】
磁性合金の球状粒子をルーズに充填すれば空隙率は増大するが、熱媒体との接触面積は増大しないうえ、磁性合金の体積比率が低下するので、熱交換効率は増大しない。一方、流路抵抗は、熱媒体が移動を開始し始めるときには磁性合金の球状粒子はルーズな充填状態にあるので、低い。しかしながら、磁気冷凍装置の動作を続けると、熱媒体の移動に伴い、例えばフィルター部に粒子が偏在し、流路抵抗は増大する。また、粒子が移動する過程で、粒子が互いに衝突し、微粉化し、さらに流路抵抗が増大する。このように、球状粒子を充填したベッドを用いると、流路抵抗を十分に小さくすることができない。
【００１０】
特許文献２には、遠心アトマイズ法で作製したＬａ（Ｆｅ−Ｓｉ）13系球状粒子をケースに充填した状態で焼結することによって、球状粒子同士が互いに接合された多孔質な焼結体を作製する方法が開示されている。平均粒径が０．６ｍｍの粒子を６２％の容積充填率で充填した例（空隙率は３８％）が示されている。しかしながら、この多孔質焼結体の空隙は、三次元的にランダムに形成されているので、どの方向に熱媒体を流すように配置しても、熱媒体が流れる方向に形成されている空隙の体積分率は２０％に及ばない。また、粒子間に形成される空隙は、三次元的に複雑な形状で連結されており、流路の断面積および形状が一定していない。従って、この多孔質焼結体の流路抵抗は高い。
【００１１】
本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱交換効率の高い磁気冷凍作業ベッド用の焼結体およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の磁気冷凍作業ベッド用の焼結体は、磁性合金を含み、複数の第１開口部を有する第１面と複数の第２開口部を有する第２面と、前記複数の第１開口部と前記複数の第２開口部とを接続する複数の第１マイクロチャンネルとを含むマイクロチャンネル構造を有し、前記複数の第１マイクロチャンネルの円換算断面寸法は２０μｍ以上５００μｍ以下の範囲内にあることを特徴とする。また、前記複数の第１マイクロチャンネルの円換算断面寸法はそれぞれの長さ方向においてほぼ一定であることが好ましく、断面形状もほぼ一定していることが好ましい。また、前記複数の第１マイクロチャンネルは、隣接する第１マイクロチャンネル間の距離がほぼ一定であることが好ましい。
【００１３】
前記複数の第１マイクロチャンネルの体積分率は２０％以上であることが好ましい。また、前記焼結体の空隙率は８０％以下であることが好ましい。
【００１４】
ある実施形態において、前記複数の第１マイクロチャンネルは直管状のマイクロチャンネルを含んでもよいし、蛇行管状のマイクロチャンネルを含んでもよい。
【００１５】
ある実施形態において、前記マイクロチャンネル構造は、前記複数の第１マイクロチャンネルの内の２つを連結する複数の第２マイクロチャンネルをさらに含んでもよい。
【００１６】
ある実施形態において、前記磁性合金は、結晶構造がＮａＺｎ13型でＬａを５原子％以上１０原子％以下、Ｓｉを４．７原子％以上１８原子％以下、Ｆｅを６０原子％以上９０．３原子％以下含有する金属間化合物相を９０体積％以上含むことが好ましい。
【００１７】
本発明の磁気冷凍ベッドは、上記のいずれかの焼結体と、熱媒体のための入り口および出口を備える容器とを有し、前記焼結体は、前記容器内に、前記複数の第１開口部から前記複数の第２開口部に向けて熱媒体が流れるように配置されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の磁気冷凍作業ベッド用の焼結体の製造方法は、上記のいずれかの焼結体を製造する方法であって、磁性合金の粉末を用意する工程（ａ）と、所定の円換算断面寸法を有する複数の有機繊維を用意する工程（ｂ）と、前記磁性合金の粉末を含む成形体を形成する工程であって、成形体の内部において前記複数の有機繊維が互いに間隔をあけて配置されている成形体を形成する工程（ｃ）と、前記成形体の内部に配置された前記複数の有機繊維を除去することによって、前記複数の有機繊維が存在した位置に複数のマイクロチャンネルを形成する工程（ｄ）と、前記工程（ｄ）の後で、前記成形体を焼結する工程（ｅ）とを包含することを特徴とする。
【００１９】
ある実施形態において、前記複数の有機繊維は５００℃以下の熱分解温度を有し、前記工程（ｄ）は、前記成形体を加熱することによって前記複数の有機繊維を熱分解する工程を包含する。
【００２０】
ある実施形態において、前記工程（ｃ）で形成される前記成形体はバインダをさらに含む。
【００２１】
ある実施形態において、前記工程（ｃ）は、前記磁性合金の粉末と前記バインダとを含むコンパウンドを用いて複数のグリーンシートを形成する工程（ｃ１）と、複数の有機繊維を間に配置しながら前記複数のグリーンシートを積層する工程（ｃ２）と、前記積層された前記複数のグリーンシートを圧縮することによって、前記複数のグリーンシートが一体化されたグリーンシート積層体を作製する工程（ｃ３）とを包含する。
【００２２】
ある実施形態において、前記工程（ｃ３）は、前記積層された前記複数のグリーンシートを加熱し軟化させる工程を包含する。
【００２３】
ある実施形態において、前記工程（ｄ）において前記複数の有機繊維が除去された後に、前記バインダを除去する工程をさらに包含する。
【００２４】
ある実施形態において、前記複数の有機繊維は、太さが５０μｍ以上７００μｍ以下である。
【００２５】
ある実施形態において、前記複数の有機繊維は、繊維軸が第１の方向に平行な複数の第１繊維と、繊維軸が前記第１の方向に交差する第２方向に平行な第２繊維とを含み、前記複数の第１繊維は少なくともその端部において前記複数の第２繊維と接続されている。
【００２６】
ある実施形態において、前記複数の有機繊維は、繊維軸が前記第１および第２の方向のいずれとも交差する第３の方向に平行な複数の第３繊維をさらに含み、前記複数の第１繊維は少なくともその端部において前記複数の第３繊維と接続されている。
【００２７】
本発明の磁気冷凍作業ベッド用の焼結体の他の製造方法は、上記のいずれかの焼結体を製造する方法であって、磁性合金の粉末を用意する工程（ａ）と、前記磁性合金の粉末を用いて、それぞれが少なくとも一方の面に複数の溝を有する複数の薄板状焼結体を作製する工程（ｂ）と、前記複数の薄板状焼結体を互いに積層して加圧することによって拡散接合する工程（ｃ）とを包含することを特徴とする。
【００２８】
ある実施形態において、前記工程（ｃ）は、雰囲気圧力１０-2Ｐａ以下の真空中で、加圧力０．５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下で行われる。
【００２９】
ある実施形態において、前記磁性合金の粉末は、結晶構造がＮａＺｎ13型でＬａを５原子％以上１０原子％以下、Ｓｉを４．７原子％以上１８原子％以下、Ｆｅを６０原子％以上９０．３原子％以下含有する金属間化合物相を９０体積％以上含む。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、熱交換効率の高い磁気冷凍作業ベッド用の焼結体を提供することができる。本発明の焼結体は、円換算断面寸法が２０μｍ以上５００μｍ以下の範囲内にある複数のマイクロチャンネルを有するので、熱交換効率が高い。また、焼結体を貫通するように所定の方向に配列されたマイクロチャンネルを有するので流路抵抗も低い。
【００３１】
本発明による磁気冷凍作業ベッド用の焼結体の製造方法は、粉末冶金法を採用するので種々の形態を有する焼結体を製造することができる。また、有機繊維を用いてマイクロチャンネルを形成するので、マイクロチャンネルの断面積および断面形状さらにはその延びる方向などを容易に制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、図面を参照して本発明による実施形態の磁気冷凍作業ベッド用の焼結体の構造と製造方法を説明する。
【００３３】
図１に本発明による実施形態の焼結体の一例を示す。図１に示した焼結体１６は、多数のマイクロチャンネル１３を有している。マイクロチャンネル１３は、焼結体１６の互いに対向する第１面１６ａと第２面１６ｂとを貫通しており、それぞれの面において開口部１３ａおよび１３ｂを形成している。マイクロチャンネル１３は、ほぼ同じ円換算断面寸法を有し、且つほぼ同じ断面形状を有している。また、マイクロチャンネル１３は互いにほぼ並行に延びており、隣接するマイクロチャンネル１３間の距離はほぼ一定である。焼結体１６は、磁気冷凍装置のベッドとして用いられる際に、第１面１６ａと第２面１６ｂとの間を熱媒体が移動するように配置される。ベッドの形状によっては、２つの面１６ａと１６ｂとは対向しないこともあるが、２つの面１６ａおよび１６ｂの内の一方の面が熱媒体の入口側（出口側）に配置され、他方が熱媒体の出口側（入口側）に配置される。なお、熱媒体の移動方向は磁気冷凍装置の動作サイクル内で反転させられる。
【００３４】
ここで、「マイクロチャンネル」は、円換算断面寸法が１ｍｍ以下のチャンネル（流路）を指す。「円換算断面寸法」は、断面の形状が円とした場合に断面積から求められる直径を指す。円換算寸法と断面形状は各マイクロチャンネル１３の長さ方向においてほぼ一定していると、流路抵抗が低いので好ましい。
【００３５】
図１には、直管状のマイクロチャンネル１３を示しているが、これに限られず、蛇行管状であってもよい。蛇行管状のマイクロチャンネルを採用することによって、個々のマイクロチャンネルの表面積を増大させることができるので、熱交換効率を向上させることができる。
【００３６】
また、図１には、断面形状が円形のマイクロチャンネル１３を示しているが、これに限られない。但し、断面積が同じであれば断面形状が円形に近いほどマイクロチャンネルの表面積が大きくなるので、熱交換効率の観点から好ましい。
【００３７】
また、図１には、全てのマイクロチャンネル１３が、互いに平行に配置されている例を示しているが、これに限られず、これらに交差する方向に延びるチャンネルを設けても良い。但し、マイクロチャンネル内を流れる熱媒体に対する流路抵抗を低くするためには、図示したマイクロチャンネル（「縦方向（第１）マイクロチャンネル」という。）１３に交差する方向のマイクロチャンネル（「横方向（第２）マイクロチャンネル」という。）の数は少ない方が好ましい。また、横方向マイクロチャンネルを設けると焼結体１６の機械的強度が低下するので、その数は少ない方が好ましい。なお、「縦方向」は、磁気冷凍装置のベッドに用いられた場合に熱媒体が流れる方向と略平行になるように設定される方向であり、この方向に略平行にベッド内で温度勾配が形成される。
【００３８】
なお、マイクロチャンネル１３の方向は、ベッドの形状に依存して適宜変更され得る。ベッドの形状は、磁気冷凍装置に応じて適宜設定される。例えば、後に例示する磁気冷凍装置のように、複数のベッドがリング（ドーナッツ形状）を構成するように配列され、熱媒体を周方向に流す（移動させる）場合、縦方向マイクロチャンネルは周方向に延びるように設けられることが好ましい。また、熱媒体を半径方向に流す場合には縦方向マイクロチャンネルは半径方向に延びるように設けられることが好ましい。
【００３９】
本発明による実施形態の焼結体においては、熱媒体の流れ方向に設けられるマイクロチャンネル（縦方向マイクロチャンネル）の円換算断面寸法は２０μｍ以上５００μｍ以下に設定されている。以下では、説明の簡単のためにマイクロチャンネルの断面形状が円（円換算断面寸法が直径）の場合について説明する。
【００４０】
空隙率が同じ場合、熱効率の観点からは、マイクロチャンネルの直径が小さい方が好ましい。しかしながら、マイクロチャンネルの直径が小さくなると、熱媒体の流れに対する抵抗（流路抵抗）が増加する。流路抵抗が大きくなると、熱媒体をマイクロチャンネル内を流すために、過大な圧力が必要となるので好ましくない。これらのバランスからマイクロチャンネルの直径は２０μｍ以上５００μｍ以下に設定する。
【００４１】
なお、マイクロチャンネル中の熱媒体の移動速度は、磁気冷凍装置の動作サイクル時間の２分の１を熱媒体の移動のための時間に割り当て、残りの２分の１を熱媒体を静止させて熱交換を行うための時間に割り当てた場合に求められる単純な平均移動速度よりもかなり大きい必要がある。これは、主に次の２つの理由による。まず第１に、熱媒体の流れ方向を切り替える時までに、ベッド内の焼結体から少なくとも流れ方向の切り替え弁までの熱媒体は、完全に移動しきっていなければならないという要請による。すなわち、これを考慮すると、１サイクル時間内に熱媒体が移動すべき距離はベッドの入口と出口との間の距離よりも長く、従って熱媒体の移動速度は、上記の単純な平均移動速度よりも大きい必要がある。第２に、マイクロチャンネル内の流れは基本的に層流となり、マイクロチャンネルの管壁では流れの速度はゼロであり、チャンネルの中心軸上の流体移動速度は、熱媒体の平均移動速度よりも一桁弱大きいことなどによる。例えば、水を主成分とする熱媒体の動粘性係数は１．６ｍ2／ｓと大きいので、マイクロチャンネルの直径を２０μｍ未満にすると輸送ポンプの圧力では実質的に熱媒体を移動できない。
【００４２】
逆に、熱媒体の移動を容易にするためには、マイクロチャンネルの直径が大きいほうが有利であるが、直径５００μｍを越えると熱媒体の流れ方向に垂直な方向の熱の移動に時間を要するので熱交換効率が低下する。また、焼結体の機械的強度が低下するという問題が発生することもある。これらのことを考慮して、マイクロチャンネルの直径は２０μｍ以上５００μｍ以下とする。
【００４３】
また、上述したように、マイクロチャンネルの断面積（円換算断面寸法）および断面形状が一定していると、流路抵抗が低い。例えば上記特許文献２に記載されているような球状粒子を接合した多孔体では、粒子間の空隙がマイクロチャンネルを構成するが、このマイクロチャンネルは三次元的に複雑な形状を有しており、円換算断面寸法または断面形状が熱媒体の流れの方向において一定していない。また、熱媒体を移動させる方向だけでなく、三次元的にマイクロチャンネルが延びているので、流路抵抗が大きい。
【００４４】
本発明による実施形態の焼結体においては、熱媒体の移動方向に延びるマイクロチャンネル（縦方向マイクロチャンネル）の体積分率を２０％以上とすることが好ましく、３０％以上超とすることがさらに好ましい。熱媒体の移動方向に延びるマイクロチャンネルの体積分率が２０％以上であれば、球状粒子から形成された多孔体よりも、熱媒体の流れにとって有効なマイクロチャンネルの体積は多く、且つその流路抵抗を小さくできる。
【００４５】
焼結体の空隙率は８０％以下であることが好ましい。空隙率が８０％を超えると、マイクロチャンネルの構成に拘わらず（縦方向マイクロチャンネルのみで構成しても）機械強度が不足することがある。
【００４６】
本発明による実施形態の磁性合金は、焼結体である。すなわち、粉末冶金法を用いて磁気熱量効果を有する磁性合金を作製する。粉末冶金法を用いるので、加工性の悪い磁性合金を種々の形態に加工することが出来るとともに、上述のマイクロチャンネル構造を備えた焼結体を作製することが出来る。これまで、粉末冶金法を用いて磁気熱量効果を有する磁性合金を製造する方法についてはほとんど報告がなかった。本出願人は、下記の組成を有する磁性合金の焼結体を粉末冶金法を用いて製造する方法を特願２００６−８７９９５号に開示している。本発明の磁気冷凍作業ベッド用焼結体の製造にも、下記の組成の磁性合金を好適に用いることが出来る。
【００４７】
本発明による実施形態の磁気冷凍作業ベッド用焼結体として、結晶構造がＮａＺｎ13型でＬａを５原子％以上１０原子％以下、Ｓｉを４．７原子％以上１８原子％以下、Ｆｅを６０原子％以上９０．３原子％以下含有する金属間化合物相を９０体積％以上含有する焼結体を好適に用いることができる。
【００４８】
上記焼結体はＬａの一部をさらにＹ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、ＥｒおよびＴｍのいずれかひとつ以上の元素で置換してもよい。但し、その置換率は０．５％以上１０％以下であることが好ましい。
【００４９】
さらに、上記焼結体は水素（Ｈ）を１原子％以上１０原子％以下含有していてもよい。水素の含有量を調整することによってキュリー温度を調節することが出来る。これは水素の含有量によって結晶の格子間距離が変化することを利用するものである。
【００５０】
上記の磁性合金を好適に用いることができるが、このほかに、例えばＧｄ5（Ｓｉ4-xＧｅx）やＭｎ1.1Ｆｅ0.9（Ｐ1-xＧｅx）などの磁性合金を用いることも出来る。
【００５１】
図２を参照して、本発明による実施形態の磁気冷凍作業ベッド用の焼結体の製造方法を説明する。
【００５２】
まず、上述の磁性合金の粉末を用意する。成形性の観点から、粉末を構成する粒子の短軸方向のサイズは２μｍ以上２００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。
【００５３】
原料合金は超急冷法により製造されることが好ましい。具体的には、組成式Ｆｅ100-a-b-cＲＥaＡbＣｏc（ＲＥはＬａを必ず含む希土類元素、ＡはＳｉまたはＡｌ、５ａｔ％≦ａ≦１０ａｔ％、４．７ａｔ％≦ｂ≦１８ａｔ％、０ａｔ％≦ｃ≦９ａｔ％）を満たす合金溶湯を、１５００℃から６００℃までの温度範囲における平均冷却速度が２×１０4℃／ｓ以上２×１０6℃／ｓ以下の範囲内となる条件で、急冷凝固することにより、実質的にα−Ｆｅ相および３０ａｔ％以上９０ａｔ％以下のＲＥを含有する（ＲＥ、Ｆｅ、Ａ）相からなる２相組織、または実質的にα−Ｆｅ相、３０ａｔ％以上９０ａｔ％以下のＲＥを含有する（ＲＥ、Ｆｅ、Ａ）相およびＮａＺｎ13型結晶構造のＲＥ（Ｆｅ、Ａ）13化合物相からなる３相組織を有し、各相の短軸方向の平均サイズが４０ｎｍ以上２μｍ以下の範囲内にある急冷合金を形成する。
【００５４】
上記急冷合金は、Ｌａ（Ｆｅ、Ｓｉ）系磁性合金を構成する各相の短軸方向の平均サイズが４０ｎｍ以上２μｍ以下の範囲内にあるので、粉末冶金法を用いた場合の焼結工程において粒子間の元素拡散が必要なく、短時間（例えば１０秒以上８時間以下）で目的相であるＬａ（Ｆｅ、Ｓｉ）13系のＮａＺｎ13型化合物相を得ることができる。上記急冷合金を用いた方法によると、粉末冶金法を用いて１回の熱処理（焼結）によって、Ｌａ（Ｆｅ、Ｓｉ）13系のＮａＺｎ13型化合物相を得ることが可能となり、本発明のマイクロチャンネル構造を有する焼結体を比較的簡単なプロセスで且つ短時間に製造することができる。
【００５５】
上述のようにして得られた磁性合金の粉末を用いて、図２（ａ）に示すような成形体１４を作製する。成形体１４は公知のプレス成形法（圧粉成形法）で作製される。このとき、成形性を改善するために磁性合金粉末に潤滑剤を添加してもよい。また、磁性合金粉末を溶剤に分散したスラリーを調製し、このスラリーを所望の形状の型に充填した状態で溶剤を除去することによって成形体１４を作製してもよい。
【００５６】
成形体１４を用意するとともに、図２（ａ）に示すように所定の円換算断面寸法（太さ）を有する複数の有機繊維１２を用意する。有機繊維１２の太さは５０μｍ以上７００μｍ以下であることが好ましい。有機繊維１２が除去されたあとにマイクロチャンネルが形成されるが、焼結過程において成形体１４の体積が収縮するので、有機繊維１２の太さは最終的に得られるマイクロチャンネル１３（図１参照）の直径よりも大きいものを用いる。収縮率は直径で表すと例えば３０％〜４０％程度である。
【００５７】
有機繊維１２は、磁性合金粉末の成形体１４を焼結するまでに除去され得るもので、且つ、除去されるまではその形態を維持し得るものであればよい。例えば、種々の有機高分子や固形パラフィンなどを例示することができる。
【００５８】
次に、図２（ｂ）に示すように、複数の有機繊維１２を間に配置しながら複数の成形体１４を積層する。このとき、マイクロチャンネルを形成したい位置に、有機繊維１２を配置する。成形体１４の厚さおよび有機繊維１２の配置間隔によって、マイクロチャンネルの配置が実質的に決まる。
【００５９】
有機繊維１２を所定の位置に配置することを容易にするために、例えば図３（ａ）に示すような繊維体１２ａを用いても良い。本明細書では、繊維が互いに接続された構造を繊維体ということにする。図３（ａ）に示した繊維体１２ａは、縦方向に互いに略平行に配列した有機繊維１２ａ１がその端部において、有機繊維１２ａ１に交差する横方向の配列した有機繊維１２ａ２と接続されている。繊維体１２ａは梯子状である。もちろん、有機繊維１２ａ１の両端部だけでなく中間部分において有機繊維１２ａ２と接続しても良い。
【００６０】
また、製造する焼結体の外形に応じて、図３（ｂ）に示す有機繊維体１２ｂを用いることもできる。有機繊維体１２ｂは、リングの一部を構成する焼結体を形成するために用いられるもので、半径方向に延びる有機繊維１２ｂ１と周方向に延びる有機繊維１２ｂ２とが互いに接続されている。また、図３（ｃ）に示す有機繊維体１２ｃのように、縦方向の有機繊維１２ｃ１を蛇行形状とし、有機繊維１２ｃ１を横方向に延びる直線状の有機繊維１２ｃ２と接続しても良い。
【００６１】
いずれの繊維体においても、縦方向の有機繊維に交差する繊維が増えると、結果的に横方向のマイクロチャンネルが増えるので、得られる焼結体の機械強度が低下するという問題がある。従って、横方向の有機繊維を設ける密度は、縦方向の有機繊維の長さや間隔などを考慮して適宜設定すれば良いが、縦方向の有機繊維よりも少ないことが好ましい。また、横方向マイクロチャンネルは熱媒体の流路としての寄与は小さいので、縦方向の有機繊維よりも細くしてもよい。
【００６２】
有機繊維体１２ａ〜１２ｄなどの有機繊維が互いに接続された有機繊維体は、有機高分子などを用いて、種々の成形方法（例えば射出成形法）で形成され得る。
【００６３】
次に、図２（ｃ）に示すように、積層体をプレスすることによって、成形体の内部において有機繊維１２が互いに間隔をあけて配置されている成形体１６Ｇを得る。
【００６４】
図２（ｃ）に示した成形体１６Ｇのように、成形体の内部において有機繊維１２が互いに間隔をあけて配置されている成形体が得られれば、他の方法を用いても良い。例えば、  磁性合金の粉末（必要に応じて潤滑剤を含む）と有機繊維１２とを用いて、図２（ｂ）に示した工程を経ることなく、直接プレス形成法で図２（ｃ）に示す成形体１６Ｇを作製してもよい。その際に、有機繊維１２を所定の位置に配置するために、例えば図３（ｄ）に示す３次元的に有機繊維が接続された繊維体１２ｄを用いても良い。有機繊維体１２ｄは、縦方向の有機繊維１２ｄ１に対して交差する２方向に配列された有機繊維１２ｄ２および１２ｄ３が接続されている。有機繊維体１２ｄを金型のキャビティ内に配置した状態で、磁性合金粉末を充填し、有機繊維体１２ｄを内部に埋設した成形体を形成することがきる。
【００６５】
図２（ｃ）に示した成形体１６Ｇから有機繊維１２を除去し、成形体１６Ｇを焼結することによって、図１に示したマイクロチャンネル１３を備える焼結体１６を得ることができる。有機繊維１２に代えて図３（ａ）〜（ｄ）に示した有機繊維体１２ａ〜１２ｄなどを用いた場合も同じである。
【００６６】
有機繊維１２の除去は例えば熱分解によって行われる。但し磁性合金粉末は希土類元素を含み酸化されやすいので、酸素を含まない雰囲気で、加熱により気化する材料であることが好ましい。例えば、不活性ガス（希ガスおよび窒素ガスを含む）中で５００℃以下の温度で分解・気化する材料が好ましい。あるいは、水素ガスなどの還元雰囲気中で５００℃以下の温度で分解・気化する材料が好ましい。いずれのガスを用いる場合も、雰囲気は減圧としてもよいし、ガスを定常的に流してもよい。
【００６７】
また、有機繊維１２の除去は溶剤を用いて溶出することによって行われ得る。溶出法と熱分解法とを併用しても良い。例えば溶出法で有機繊維１２の全部または大半を除去した後、熱分解法によって残存する有機繊維１２および／または溶剤を除去しても良い。
【００６８】
有機繊維が除去された磁性合金粉末の成形体の焼結は、６００℃以上１３２０℃未満の温度範囲内で行われ得る。焼結時間は１０秒以上８時間以下である。焼結温度を９００℃以上とすれば、焼結時間を４時間以下にすることができる。焼結工程は不活性ガス雰囲気中で行われることが好ましい。磁性合金粉末の焼結反応は６００℃以上で進行するので、有機繊維は５００℃以下の熱分解温度を有するものであることが好ましい。高分子の熱分解は恒温反応ではなく広い温度範囲で起こるのが一般的であるが、ここでは、「熱分解温度」とは、熱分解される雰囲気において、加熱による高分子の単位時間あたりの質量減少率が最大となる温度をいう。
【００６９】
有機繊維を内部に埋設した成形体を作製するための磁性合金粉末にバインダを混合しても良い。磁性合金粉末やそれに潤滑剤を添加したものを用いて作製された成形体は比較的もろく、扱い難いことがある。また、十分な強度を有する成形体を作製するために、高いプレス圧を必要とし、その結果、磁性合金粉末に埋設される有機繊維が破壊され、マイクロチャンネルの形状が崩れる、あるいはマイクロチャンネルが形成されないという問題が発生することがある。磁性合金粉末にバインダを混合することによってこれらの問題の発生を抑制することができる。
【００７０】
バインダを用いる場合、磁性合金粉末とバインダおよび必要に応じて潤滑剤を混合し、コンパウンドを調製する。このコンパウンドを用いて図２（ａ）に示した成形体１４のような形状を有するグリーンシートを形成し、以降、図２（ｂ）および（ｃ）を参照して説明したのと同様に、有機繊維を間に配置しながらグリーンシートを積層する工程と、積層されたグリーンシートを圧縮することによって、グリーンシートが一体化されたグリーンシート積層体を作製する工程とを行えばよい。また、グリーンシートを積層する工程は、積層されたグリーンシートを加熱し軟化させた状態で行ってもよい。バインダを軟化させた状態で一体化することによって、グリーンシート間の接合がより強固になり、機械強度の高いグリーン成形体を得ることが出来る。
【００７１】
バインダとしては、最終的な焼結体を得るまでに除去され得るものが好ましく、上述した有機繊維と同様に熱分解法または溶出法によって除去され得るものが好ましい。さらに、バインダは、有機繊維よりも後に除去されることが好ましい。成形体からバインダが除去される際に体積の収縮を伴うが、このときに有機繊維が残っていると、有機繊維が成形体の収縮を阻害するので、十分に収縮できず、磁性合金の粒子間に空隙が形成され、磁性合金の焼結密度が低下し、焼結体の機械強度が低下する。また、この様にして形成される空隙はランダムに分布するので、熱媒体の流れに有効に寄与せず、かえって流路抵抗を上昇させるおそれもある。
【００７２】
バインダが熱分解法で除去される場合は、５００℃以下の熱分解温度を有することが好ましく、共に用いられる有機繊維も熱分解法で除去される場合には、有機繊維の熱分解温度よりも高い熱分解温度を有することが好ましい。バインダと有機繊維との熱分解温度の差は１０℃以上であることが好ましい。有機繊維を溶出法で除去する場合には、バインダが有機繊維の溶出に用いられる溶媒に溶解しないものであれば良い。
【００７３】
このようなバインダおよび有機繊維の組み合わせとしては、（ａ）熱分解法を利用する場合、（ａ−１）有機繊維の材料としてパラフィンやポリスチレン、バインダの材料として、有機繊維に用いられるものよりも高分子量のポリスチレンとの組み合わせ、（ａ−２）有機繊維の材料としてパラフィンやポリスチレン、バインダの材料としてエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）とアクリル樹脂とを主成分とする混合物、（ｂ）溶出法を利用する場合、有機繊維の材料として、疎水性の有機溶剤に溶解し水に溶解しない高分子（例えばポリスチレン）、バインダの材料として水溶性の高分子（例えば固形パラフィンやメチルセルロース）を例示することができる。
【００７４】
上記の実施形態の製造方法はいずれも、有機繊維を利用してマイクロチャンネルを有する焼結体を作製する製造方法であるが、本発明の磁気冷凍作業ベッド用の焼結体は他の製造方法によっても製造することが出来る。図４（ａ）〜（ｃ）を参照して他の製造方法を説明する。
【００７５】
まず、先の実施形態と同様に磁性合金の粉末を用意する。磁性合金粉末には、必要に応じて潤滑剤を混合しても良い。成形性の観点から、粉末を構成する粒子の短軸方向のサイズは２μｍ以上２００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。
【００７６】
上記磁性合金粉末を用いて図４（ａ）に示す薄板状焼結体１６Ａおよび図４（ｂ）に示す焼結体１６Ｂを作製する。薄板焼結体１６Ａは一方の面に溝１６ｇを有し、薄板焼結体１６Ｂは両方の面に溝ｇを有している。薄板焼結体１６Ａおよび１６Ｂは、例えば、プレス成形法で所定の形状を有する薄板状成形体を焼結し、得られる薄板状焼結体の表面に機械加工により溝を形成することによって作製される。
【００７７】
それぞれの溝１６ｇは、薄板状焼結体１６Ａおよび１６Ｂが互いに積層された際に、上述した円換算断面積および所定の形状を有するマイクロチャンネル１３を構成するように所定の位置に所定の深さおよび断面形状で形成されている。ここでは、２枚の薄板焼結体１６Ａで１枚の薄板状焼結体１６Ｂを挟持するように配置する例を示すが、これに限られず、両面に溝１６ｇが形成された薄板状焼結体１６Ｂを２枚以上用意し、それらを２枚の薄板焼結体１６Ａで挟持するように配置しても良い。また、薄板状焼結体１６Ｂにおいて両面に設けられた溝１６ｇは、互いに対向する位置に配列されているが、図２（ｃ）に示した焼結体１６Ｇが得られるように、一方の面に形成された溝１６ｇの間に他方の面に形成された溝１６ｇを配置しても良い。
【００７８】
次に、図４（ｃ）に示したように、薄板状焼結体１６Ａおよび１６Ｂを互いに積層し、拡散接合法によって互いに接合する。なお、図４（ａ）に示した一方の面にのみ溝１６ｇを形成した薄板状焼結体１６Ａのみを用いて、溝１６ｇが形成された面と形成されてない面とが接触するように積層してもよい。
【００７９】
拡散接合時に印加する圧力は薄板焼結体が変形することを回避するためにできるだけ低いことが望ましいが、充分な接合強度を得るためには薄板焼結体１６Ａおよび１６Ｂを密着させる必要があるので、約０．５ＭＰａ以上の圧力を印加することが好ましい。また、十分な密着を得るためには、拡散接合面は平滑であることが好ましく、その表面粗度Ｒａは１０μｍ以下であることが好ましい。また、拡散接合時の雰囲気は酸素など酸化性ガスが存在しないことが好ましく、圧力１０-2Ｐａ以下の真空中であることが好ましい。拡散接合時の温度は、５００℃以上１０００℃以下の範囲が好ましく、保持時間は温度に依存するが、３０分以上６時間以内が好ましい。３０分より短いと十分な接合強度が得られない。一方、保持時間が６時間を超えると、熱間クリープ変形が累積し、チャンネルが変形したり押しつぶされることがある。また、接合強度は６時間以内にほぼ飽和するので、６時間を越えて保持しても拡散接合工程のスループットが低下するだけである。
【００８０】
この拡散接合法は、バインダ等の不純物が磁性合金に混入するのを最小にできるので高い磁気冷凍効果を実現しやすいという利点がある。
【００８１】
本発明による磁気冷凍作業ベッド用の焼結体は、例えば、特表２００４―５０６１６８号公報に記載されている磁気冷凍装置に用いることが出来る。
【００８２】
図５（ａ）および（ｂ）を参照して、上記公報に記載されている磁気冷凍装置２０の構成と動作を説明する。
【００８３】
磁気冷凍装置２０は、複数の磁気冷凍作業ベッド２２（１〜６）がリング（ドーナッツ形状）２１を構成するように配置されている。隣接ベッド２２の間には分配スペース４１が形成されている。また、熱媒体が高温端において隣接ベッド間に流れないようにセパレータ４０で分離されている。個々のベッド２２は、焼結体と、熱媒体のための入り口および出口を備える容器とを有しており、焼結体は、縦方向のマイクロチャンネル内に熱媒体が流れるように容器内に配置されている。
【００８４】
リング２１は、中心軸２３の周りで回転するように取り付けられており、各ベッド２２は、リング２１が回転するときにマグネット２９により形成される磁界中へと移動しそしてそこから出る。マグネット２９は、リング２１の全周ではなくその一部分を経て磁界が延びるところの区分をエンドプレート３０間に有するように配置されており、幾つかのベッド２２はマグネット２９の磁界内に入れられ、他のベッド２２は磁界の外部に置かれる。熱媒体は、分配バルブ２４によりベッド２２へ及びそこから案内され、分配バルブ２４は、コンジット２７（添え字ｈは高温側、ｃは低温側、ｏはｏｕｔ、ｉはｉｎをそれぞれ示す。）によりベッド２２の高温端及び低温端に接続されると共に、リング２１と共に回転する。コンジット２７のセットは、リング２１と共に回転する回転バルブ部材２６に接続されている。
【００８５】
分配バルブ２４は、コンジット３１および３５により高温側熱交換器３４に接続され、コンジット３７および３９により低温側熱交換器３８に接続された固定バルブ部材２５を有する。分配バルブ２４は、磁界の外部にあるベッド２２の高温端へ熱媒体を向け、熱媒体はそれを通って低温端へ流れ、そこで分配バルブ２４へ戻される。ベッド２２が磁界内にあるときには、分配バルブ２４は、熱媒体をベッド２２の低温端へ向け、それを通して高温端へ流し、そこで、熱媒体は分配バルブ２４へ戻され、能動的な磁気再生サイクルを完了する。各コンジットに流れる熱媒体は、単一方向にしか流れないか又は静止したままであり、コンジット内のデッドボリュームを最小にすることができる。
【００８６】
上記磁気冷凍装置２０は、下記の工程１〜４からなるサイクルを実行する。
【００８７】
工程１：熱媒体は低温側熱交換器の出口側から磁界の外にあるベッド（熱磁気効果により低温になっている）の高温側に送られ、ベッドを形成している磁気冷凍作業物質内を流れると同時に磁気冷凍作業物質により冷却された熱媒体を低温側熱交換器の入り口側に送り込む。
【００８８】
工程２：ベッドまたは磁界を移動してこの磁気冷凍作業物質を磁界中に移動する（磁気冷凍作業物質は常磁性状態から強磁性状態に磁気相転移すると同時に温度が上がり熱媒体も加熱される）、
【００８９】
工程３：磁気冷凍作業物質が磁界中にある間に高温側熱交換器の出口側から熱媒体を注入し磁気冷凍作業物質内にある加熱された熱媒体を高温側熱交換器の入口側に送ると同時に、磁気冷凍作業物質内を高温側熱交換器に熱を渡して冷却された熱媒体で置換し、磁気冷凍作業物質を冷却する。
【００９０】
工程４：ベッドまたは磁界を移動してこの磁気冷凍作業物質を磁界中から磁界の外に移動する（磁気冷凍作業物質は強磁性状態から常磁性状態に磁気相転移すると同時に温度が低下し、熱媒体も冷却される）。この後工程１に戻り、サイクルが繰り返される。
【００９１】
以下に、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明する。
【００９２】
（実施例１）
組成がＬａ：７．２ａｔ％、Ｓｉ：１０．２ａｔ％、残部：Ｆｅの合金を、メルトスピニング装置を用いた超急冷凝固法により、周速度１８ｍ／ｓで回転する直径５００ｍｍの銅製水冷ロール上にオリフィス径０．８ｍｍを有するアルミナノズルから毎秒５ｇで噴射し、厚さ約４０μｍ、幅約３ｍｍの急冷合金薄帯を作製する。得られた急冷合金薄帯をアルゴンガス中で１１００℃で６時間均質加熱処理を施して、Ｌａ（Ｆｅ0.89Ｓｉ0.11）13化合物を含む原料合金を作製する。
【００９３】
この原料合金は若干のｂｃｃ−Ｆｅを含むことが粉末Ｘ線回折により確認され、その体積比率は回折強度比から５％未満と見積もられる。この原料合金をジェットミル粉砕機を用いて窒素ガス中でＦＳＳＳ粒径が約７μｍの微粉末に粉砕して成形用合金粉末を得る。
【００９４】
バインダとして平均分子量１２０００のポリスチレン３０体積％、融点５２℃のパラフィンワックス４０体積％、ポリプロピレン２０体積％、エチレン酢酸共重合体１０体積％を成分とする混合物と上記成形用合金粉末とを体積比で１：１で配合し、加圧ニーダを用いて１６０℃で３０分間混合することによってコンパウンドを得る。得られたコンパウンドを押し出し成形した後、切断加工等によって、厚さ約２００μｍ、幅約１０ｍｍ、長さの２０ｍｍのグリーンシートを多数作製する。
【００９５】
また、直径約１００μｍ長さ約１０ｍｍのポリスチレン繊維（ロッド）を約０．１５ｍｍ間隔で平行に多数並べロッドの両端部分をロッドと直行するポスチレン繊維で結合して長さ２０ｍｍの梯子状の繊維体（図３（ａ）参照）を多数作製する。
【００９６】
上記のグリーンシートと繊維体とを一枚ずつ交互に開口２０ｍｍ×１０ｍｍの金型内に２０層積層し、１２０℃に加熱して厚さ方向から圧縮して融着させ、２０ｍｍ×１０ｍｍ×４．９ｍｍの成形体（焼結前プレフォーム）を作製する。
【００９７】
得られた成形体を加熱炉に入れ、室温から２７０℃まで３３℃毎時間で流気アルゴン雰囲気下、６５０Ｐａの圧力で昇温し、繊維体を熱分解させ除去する。その後４００℃まで５０℃毎時で昇温して脱バインダ処理を行なう。
【００９８】
その後、６５０Ｐａの流気アルゴン中で１３０℃毎時で１１９０℃まで昇温して４時間保持し、焼結する。その後室温まで冷却して焼結体表面を研削加工して、直方体の試料（図１参照）を作製する。
【００９９】
このようにして得られる焼結体は、直径が約７０μｍのマイクロチャンネルが概ね規則的に約１４０μｍの等間隔で配列されたマイクロチャンネル構造を有し、空隙率は約３０％である。マイクロチャンネルの直径および焼結体の空隙率は断面ＳＥＭ観察により求められる。この焼結体の一部分を用いて０Ｔと１Ｔの間の０．１Ｔ刻みの異なる磁界中で昇温時の磁化曲線を多数測定し、下記のマクスウェルの関係式（１）を用いて磁気エントロピー変化（ΔＳmag）を評価すると、マイナス８２℃近傍で−１８Ｊ／Ｋ／ｋｇが得られる。
【０１００】
【数１】
2007291437.tif 000003
【０１０１】
この焼結体がＬａ（Ｆｅ−Ｓｉ）13系磁気冷凍作業物質として標準的な性能を保持しつつ、内部に多数のマイクロチャンネルを有し、磁気冷凍作業ベッドを作製するために優れた性能と組織形態を有していることがわかる。
【０１０２】
さらに、この材料を１２０℃、１０気圧の水素ガス中で９時間保持し、さらに水素雰囲気を維持したまま３００℃に加熱して３時間保持して水素を吸蔵させることによって、キュリー温度を約２３℃に調整する。
【０１０３】
上記の方法と同様にしてΔＳmagを評価すると、約１５Ｊ／Ｋ／ｋｇを示し、この焼結体がＬａ（Ｆｅ−Ｓｉ）13Ｈx系磁気冷凍材料として標準的な性能を保持しつつ、内部に多数のマイクロチャンネルを有し、磁気冷凍作業ベッドを作製するために優れた性能と組織形態を有していることがわかる。
【０１０４】
（実施例２）
実施例１と同様の方法で、Ｌａ（Ｆｅ0.88Ｓｉ0.12）13化合物を含む原料合金を作製し、これを微粉砕することによって、ＦＳＳＳ粒径が７．５μｍの成形用合金粉末を得る。
【０１０５】
連続押し出し混練機を用いて、上記成形用合金粉末とポリプロピレン−ポリスチレン−アクリル系バインダと混合し、コンパウンドのペレットを得る。バインダの組成は体積比率でポリプロピレン１１％、ポリスチレン４４％、アクリル２４％、滑剤５％、分散剤５％、可塑剤１１％とする。成形用合金粉末とバインダとの配合は体積比で１：１である。
【０１０６】
次に、射出成形機を用いて、厚さ約２００μｍ、幅約１０ｍｍ、長さ約２０ｍｍのグリーンシートを多数成形する。また、融点が約１５０℃の固形パラフィンを用いて射出成形により、縦方向の繊維の平均間隔が約１５０μｍ、横方向の繊維の間隔が８００μｍの網状の繊維体で、縦方向の長さが約１０ｍｍ、それに直角な方向の長さが約２０ｍｍの繊維体を多数作製する。
【０１０７】
開口１０ｍｍ×２０ｍｍの金型内に、上記グリーンシートと繊維体とを１枚ずつ交互に４０層重ね、金型を１５０℃に加熱して上下から２００ＭＰａで圧縮し、室温まで冷却して、成形体を得る。
【０１０８】
この成形体をアルゴンガス流気下で加熱炉中で１００℃で２時間保持し、２００℃まで１０℃／ｈ、３００℃まで３℃／ｈで昇温することによって、繊維体を熱分解させ除去する。その後、４００℃まで１０℃／ｈで昇温した後、３０分間４００℃で保持し、加熱炉中で徐冷することにより、脱バインダ処理を施す。
【０１０９】
焼結は真空中で室温から１２２０℃まで１００℃／ｈで昇温し、２時間保持して行う。このようにして得られる焼結体は、直径約７０μｍのマイクロチャンネルが平均約１４０μｍ間隔で配列されたマイクロチャンネル構造を有し、空隙率は約３０％である。
【０１１０】
実施例１と同様の方法により磁気エントロピー変化（ΔＳmag）を評価すると、１９５Ｋ近傍で約−１３Ｊ／Ｋ／ｋｇが得られる。この焼結体がＬａ（Ｆｅ−Ｓｉ）13系磁気冷凍材料として標準的な性能を保持しつつ内部に多数のマイクロチャンネルを有し、磁気冷凍作業ベッドを作製するために優れた性能と組織形態を有していることがわかる。
【０１１１】
（実施例３）
実施例１と同様の方法で作製したＬａ（Ｆｅ0.89Ｓｉ0.11）13化合物を含む磁性合金の粉末（ＦＳＳＳ粒径７．５μｍ）を１０℃に冷却した連続押し出し混練機を用いて水に溶かしたメチルセルロース系バインダと混練し、粘土スラリー状の混合物を得る。このスラリーはメチルセルロースの水溶液ゾルであるが、水を部分的に除去することによりシート化でき、粘性を有する粘土状のグリーンシートを得る。グリーンシートの組成は、体積比でバインダ１に対し磁性合金粉末１である。
【０１１２】
このグリーンシートを約７０℃に加熱した金型内で実施例２と同様の網状の繊維体とを１枚ずつ交互に重ねて、1枚ごとにプレスすることによって繊維体が埋設されてゲル化した成形体を得た後、成形体を冷凍保存し、さらに真空中で冷凍乾燥させて水分を除去する。
【０１１３】
このようにして得た成形体を真空焼結炉に入れてアルゴン流気中で７０℃に加熱してメチルセルロースバインダをゲル化し、さらにアルゴン流気中で２５０℃に加熱して繊維体を熱分解させる。次に水素流気中で３００℃まで昇温した後、２時間保持してバインダであるメチルセルロースを熱分解させ除去する。次に真空中で１１９０℃まで１００℃／ｈで昇温して４時間保持し、焼結する。
【０１１４】
このようにして得られる焼結体は、直径約７０μｍのマイクロチャンネルが平均約１４０μｍ間隔で配列されたマイクロチャンネル構造を有し、空隙率は約３０％である。
【０１１５】
実施例１と同様の方法により磁気エントロピー変化（ΔＳmag）を評価すると、１９５Ｋ近傍で約−１２Ｊ／Ｋ／ｋｇが得られる。この焼結体がＬａ（Ｆｅ−Ｓｉ）13系磁気冷凍材料として標準的な性能を保持しつつ内部に多数のマイクロチャンネルを有し、磁気冷凍作業物質ベッドを作製するために優れた性能と組織形態を有していることがわかる。
【０１１６】
（実施例４）
実施例１と同様の方法で作製したＬａ（Ｆｅ0.89Ｓｉ0.11）13化合物を含む成形用合金粉末（ＦＳＳＳ粒径７．５μｍ）を固体潤滑材としてステアリン酸カルシウム０．２質量％とバインダとしてパラフィンワックス１質量％を混合した後、金型でプレス成形して、幅２０ｍｍ、奥行き１５ｍｍ、高さ２ｍｍの薄板状の成形体を多数作製する。
【０１１７】
この成形体を真空中で１２５０℃で４時間焼結し、得られた焼結体を１６ｍｍ×１０ｍｍ×０．６ｍｍの短冊状に加工して、１６ｍｍ×１０ｍｍの面を表面粗度Ｒａが２μｍに研磨する。このようにして得られた薄板状焼結体の片面にダイヤモンドブレードを用いて幅０．３ｍｍ深さ０．３ｍｍの溝を１０ｍｍの辺に平行に０．２ｍｍの間隔を置いて形成する。
【０１１８】
溝を加工した面と溝を加工しない面とが相対するように１５枚積層し、真空拡散接合機を用いて雰囲気４×１０-3Ｐａ、７００℃、圧力１ＭＰａで１時間保持して接合する。
【０１１９】
このようにして得られる焼結体は、円換算断面寸法が約３４０μｍのマイクロチャンネルが平均約２００μｍ間隔で配列されたマイクロチャンネル構造を有し、空隙率は約３７％である。
【０１２０】
実施例１と同様の方法により磁気エントロピー変化（ΔＳmag）を評価すると、マイナス７８℃近傍で約−１８Ｊ／Ｋ／ｋｇが得られ、この焼結体がＬａ（Ｆｅ−Ｓｉ）13系磁気冷凍材料として標準的な性能を保持しつつ内部に多数のマイクロチャンネルを有し、磁気冷凍作業ベッドを作製するために優れた性能と組織形態を有していることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明によると磁気冷凍装置の能力が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明による実施形態の焼結体の一例を示す斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明による実施形態の磁気冷凍作業ベッド用の焼結体の製造方法を説明するための図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明による実施形態の磁気冷凍作業ベッド用の焼結体の製造方法に用いられる繊維体の例を示す模式図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明による実施形態の磁気冷凍作業ベッド用の焼結体の他の製造方法を説明するための図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、特表２００４―５０６１６８号公報に記載されている磁気冷凍装置２０の構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１３              マイクロチャンネル
１３ａ、１３ｂ    開口部
１６              焼結体
１６ａ、１６ｂ    焼結体の面
【図１】
2007291437.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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